Бог и мозг - Страница 9

А Земля и не настолько мала, чтобы не удержать частицы газа, и не так велика, чтобы прижать их к своей поверхности. Она не слишком близка к Солнцу (тепло которого влияет на летучесть газов), поэтому газы не устремляются от нее в космос, но и не так далека от Солнца, чтобы газы замерзли и перешли в твердое состояние. Условия на Земле оказались как раз такими, что все высвобождающиеся газы задерживались достаточно близко к ее поверхности и со временем образовали газовую оболочку планеты. Мы называем эту оболочку атмосферой. После образования атмосферы на любой метеорит, попавший в поле гравитационного притяжения Земли, действовала также сила трения со стороны частиц атмосферных газов, в итоге падающий метеорит сгорал прежде, чем достигал поверхности Земли. Перестав быть уязвимой для столкновений с падающими метеоритами, сопровождающихся выбросами тепла, Земля начала остывать.

В падающих метеоритах чаще всего содержались два газа – водород и кислород. Поэтому в атмосфере Земли в огромном количестве начали накапливаться именно эти два элемента. Благодаря потенциальным валентностям или электрическим зарядам кислород и водород начали образовывать связи друг с другом, в итоге получилась всем известная молекула воды. Накапливаясь в атмосфере Земли, молекулы воды стали собираться в плотный пар, который в конце концов поддавался влиянию силы притяжения планеты и возвращался на ее поверхность в виде капель, которые мы называем дождем. Когда на Землю выпали первые дожди, расплавленная поверхность планеты остыла еще сильнее, что, в свою очередь, вновь вызвало высвобождение содержащихся в ней газов, приобретающих форму пара. Чем больше пара, тем чаще шли дожди, в итоге планета продолжала остывать.

Этот процесс продолжался почти миллиард лет, в результате почти две трети поверхности Земли оказались под водой, а последнюю треть покрывала затвердевшая оболочка из минералов. Океаны представляли собой питательную среду, содержащую аммиак, метан, воду, двуокись серы и водород.

В 1953 г. исследователь Стэнли Миллер применил эти сведения при проведении чрезвычайно важного опыта:

Миллер собрал герметичную экспериментальную установку, в которой сквозь четыре (изначальных первичных) газа пропускали с помощью вольфрамовых электродов электрические разряды (по образцу первичных земных гроз). Таким образом газы циркулировали в установке неделю, после чего ученый проанализировал ее содержимое. Оказалось, что за это время было синтезировано поразительное количество разнообразных органических соединений. Среди них были играющие важнейшую роль в биологии аминокислоты, и вдобавок такие вещества, как мочевина, цианистый водород, уксусная и молочная кислоты¹.

Миллер смоделировал химическую эволюцию Земли в условиях своей лаборатории. Он синтезировал аминокислоты – строительный материал всей органической материи, квинтэссенцию самой жизни. Таким образом Миллер достиг того, что ранее считалось привилегией исключительно богов. И тем не менее органическая эволюция произошла в отсутствие Бога, для нее понадобился только Стэнли Миллер с его герметичной установкой и химическими веществами в ней, огонь и электричество.

Начавшись с соединений, состоящих почти исключительно из водорода, вселенная развивалась на протяжении десяти миллиардов лет после зачатия и достигла момента появления в ней сложных цепочек макромолекул. Макромолекулы, содержащие углерод, обладали настолько уникальными свойствами, что в моих учебниках по химии вдруг наметилось отклонение в сторону совершенно новой науки – органической химии или биохимии. И мне пришлось покупать новый комплект учебников, речь в которых шла о сложных соединениях на основе углерода, подобных тем, которые Миллер получил у себя в лаборатории.

Вернемся к Земле: следующий миллиард лет эти сложные органические (на углеродной основе) соединения варились и взбивались в первичном океане Земли, в нем возникали триллионы различных комбинаций молекул, каждая обладала уникальным набором физических и химических свойств. Многие из образовавшихся комбинаций молекул были настолько сложными, что присущая им нестабильность в конце концов вызвала распад на произвольные части.

Пока эти крупные и сложные молекулы продолжали бурлить в морях Земли, образование новых комбинаций неуклонно продолжалось, и каждая из них слегка отличалась от последующих. Среди этих «органических» молекул появились и такие, которые обладали способностью впитывать рассеянное тепловое и световое излучение Земли и Солнца. Благодаря этой новообретенной способности в остальном нестабильные молекулы смогли пользоваться внешними источниками энергии как средствами для поддержания стабильности.

Но несмотря на новые способности ни одна из этих поглощающих энергию макромолекул не действовала настолько эффективно, чтобы полностью преодолеть присущую ей нестабильность. Умение пользоваться солнечной энергией всего лишь позволило этим сложным молекулярным цепочкам сохранять свою структурную целостность в течение более длительного времени. Однако рано или поздно молекулы становились жертвами внутренней нестабильности и произвольно распадались на свои составляющие.

Эти новые разновидности энергопоглощающих углеродных молекул продолжали кипеть в первичных морях Земли, пока в конце концов не обретали новую способность воспроизводить свои копии, прежде чем распасться. Они позаботились о сохранении своей физической идентичности, продолжая существование в виде собственных копий. Но ввиду разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца далеко не все эти копии оказались идентичными «родителям» – молекулам, от которых они произошли. Большинство незначительных отклонений наносило вред «дочерним молекулам» и работало против их сохранения. Тем не менее некоторые разновидности получились более энергоэффективными, чем их «родители», и в этом случае новая структура зачастую вытесняла прежнюю. Чем дольше продолжался процесс, тем больше появлялось энергоэффективных молекулярных комбинаций.

Со временем у этих сложных углеродных макромолекул развились и другие способности, которые довели до максимума их потенциальную стабильность. К числу этих способностей, развившихся у макромолекул, относятся питание (способность поглощать энергию), пищеварение (способность усваивать энергию, служащую пищей), выведение отходов (способность макромолекулы избавляться от вредных побочных продуктов переваривания энергии) и передвижение (способность перемещаться из одного места или одного положения в другое). Эти самовоспроизводящиеся и потребляющие энергию макромолекулы продолжали развиваться, а я заметил, что из моих учебников органической химии выросла новая наука – биология.

Как и во всех прочих науках, в биологии сложилась своя терминология. К примеру, в биологии молекулы, способные совершать функции, перечисленные выше, назывались «живыми». Когда молекула создавала свою копию, этот процесс теперь назывался «рождением». А когда одна из таких молекул в конце концов распадалась, это явление называлось «смертью».

Первые из существующих формы жизни размножались неполовым способом: это значило, что им требовалась всего одна материнская (родительская) клетка, чтобы разделиться на две обособленных дочерних клетки. Опять-таки ввиду разрушающего действия солнечного излучения у потомства наблюдались незначительные мутации, в результате которых оно несколько отличалось по структуре от своих предшественников. Более энергоэффективные разновидности выживали с большей вероятностью. У выживших было больше всего шансов воспроизвестись и, следовательно, передать дальше характеристики (черты), дающие им преимущества. С другой стороны, наименее энергоэффективные разновидности с большей вероятностью прекращали воспроизводиться и погибали. В моих учебниках биологии приводился конкретный термин для этого процесса «прополки» или «отбраковки» организмов – естественный отбор. Благодаря процессу естественного отбора органическая материя – жизнь – продолжала эволюционировать.